Solid-state rafhlöður: næstu kynslóð rafhlöðuleiðar

Solid-state rafhlöður: næstu kynslóð rafhlöðuleiðar

Þann 14. maí, samkvæmt "The Korea Times" og öðrum fjölmiðlum, ætlar Samsung að vinna með Hyundai til að þróa rafknúin farartæki og útvega rafhlöður og aðra tengda bílavarahluti fyrir Hyundai rafbíla. Fjölmiðlar spá því að Samsung og Hyundai muni á næstunni skrifa undir óbindandi viljayfirlýsingu um rafhlöðuafgreiðslu. Það er greint frá því að Samsung hafi kynnt nýjustu solid-state rafhlöðuna sína til Hyundai.

Samkvæmt Samsung, þegar frumgerð rafhlaðan er fullhlaðin, getur hún leyft rafbíl að keyra meira en 800 kílómetra í einu, með endingu rafhlöðunnar sem er meira en 1,000 sinnum. Rúmmál hennar er 50% minna en litíumjónarafhlaða með sömu getu. Af þessum sökum eru solid-state rafhlöður taldar vera hentugustu rafhlöðurnar fyrir rafbíla á næstu tíu árum.

Snemma í mars 2020 gáfu Samsung Institute for Advanced Study (SAIT) og Samsung Research Center of Japan (SRJ) út „Háorku langhlaupandi litíum málmrafhlöður í föstu formi virkjuð með silfri“ í tímaritinu „Nature Energy“. -Carbon composite anodes" kynntu nýjustu þróun sína á sviði solid-state rafhlöður.

Þessi rafhlaða notar fastan raflausn, sem er ekki eldfimt við háan hita og getur einnig hindrað vöxt litíumdendríta til að forðast skammhlaup. Að auki notar það silfur-kolefni (Ag-C) samsett lag sem rafskautið, sem getur aukið orkuþéttleikann í 900Wh/L, hefur langan líftíma sem er meira en 1000 lotur og mjög mikla coulombic skilvirkni (hleðsla). og losunarnýtni) upp á 99.8%. Það getur keyrt rafhlöðuna eftir eina greiðslu. Bíllinn fór 800 kílómetra.

Hins vegar eru SAIT og SRJ sem birtu greinina vísindarannsóknarstofnanir frekar en Samsung SDI, sem einbeitir sér að tækni. Greinin skýrir aðeins meginreglu nýju rafhlöðunnar, uppbyggingu og frammistöðu. Til bráðabirgða er talið að rafhlaðan sé enn á rannsóknarstofustigi og erfitt verði að fjöldaframleiða hana á stuttum tíma.

Munurinn á rafhlöðum í föstu formi og hefðbundnum fljótandi litíumjónarafhlöðum er að fast raflausn eru notuð í stað raflausna og skilju. Ekki er nauðsynlegt að nota litíum-fléttuð grafítskaut. Þess í stað er litíum úr málmi notað sem rafskaut, sem dregur úr fjölda rafskautaefna. Rafhlöður með meiri orkuþéttleika líkamans (>350Wh/kg) og lengri líftíma (>5000 lotur), auk sérstakra aðgerða (svo sem sveigjanleika) og annarra krafna.

Nýju kerfisrafhlöðurnar innihalda solid-state rafhlöður, litíum flæði rafhlöður og málm-loft rafhlöður. Þrjár solid-state rafhlöður hafa sína kosti. Fjölliður raflausnir eru lífrænir raflausnir og oxíð og súlfíð eru ólífræn keramik raflausn.

Þegar litið er til alþjóðlegra solid-state rafhlöðufyrirtækja, þá eru sprotafyrirtæki og það eru líka alþjóðlegir framleiðendur. Fyrirtækin eru ein í raflausnakerfinu með mismunandi trú og það er engin þróun tækniflæðis eða samþættingar. Sem stendur eru sumar tæknilegar leiðir nálægt iðnvæðingarskilyrðum og leiðin að sjálfvirkni rafhlöðu í föstu formi hefur verið í gangi.

Evrópsk og bandarísk fyrirtæki kjósa fjölliða- og oxíðkerfi. Franska fyrirtækið Bolloré tók forystuna í markaðssetningu fjölliða-undirstaða solid-state rafhlöður. Í desember 2011 komu rafknúin farartæki sem knúin voru af 30kwh solid-state fjölliða rafhlöðum + rafknúnum tveggja laga þéttum inn á sameiginlega bílamarkaðinn, sem var í fyrsta skipti í heiminum. Til sölu solid-state rafhlöður fyrir rafbíla.

Sakti3, framleiðandi þunnfilmuoxíðs rafhlöðu í föstu formi, var keypt af breska heimilistækjarisanum Dyson árið 2015. Það er háð kostnaði við þunnfilmugerð og erfiðleika við framleiðslu í stórum stíl og enginn fjöldi hefur verið framleiðsluvöru í langan tíma.

Áætlun Maxwell fyrir rafhlöður í föstu formi er að fara fyrst inn á smárafhlöðumarkaðinn, fjöldaframleiða þær árið 2020 og nota þær á sviði orkugeymslu árið 2022. Vegna hraðrar notkunar í viðskiptalegum tilgangi gæti Maxwell fyrst íhugað að prófa hálf- traustar rafhlöður til skamms tíma. Samt sem áður eru hálf solidar rafhlöður dýrari og eru fyrst og fremst notaðar á sérstökum eftirspurnarsviðum, sem gerir umfangsmikla notkun erfið.

Vörur sem ekki eru þunnfilmu oxíð hafa framúrskarandi heildarframmistöðu og eru vinsælar í þróun um þessar mundir. Bæði Taiwan Huineng og Jiangsu Qingdao eru þekktir leikmenn á þessari braut.

Japönsk og kóresk fyrirtæki eru staðráðnari í að leysa iðnvæðingarvandamál súlfíðkerfisins. Fulltrúarfyrirtæki eins og Toyota og Samsung hafa hraðað innleiðingu sinni. Súlfíð rafhlöður í föstu formi (litíum-brennisteins rafhlöður) hafa gríðarlega þróunarmöguleika vegna mikillar orkuþéttleika og lágs kostnaðar. Þar á meðal er tækni Toyota sú fullkomnasta. Það gaf út sýnisrafhlöður á amperstigi og rafefnafræðilegan árangur. Á sama tíma notuðu þeir einnig LGPS með hærri stofuhitaleiðni sem raflausn til að útbúa stærri rafhlöðupakka.

Japan hefur hleypt af stokkunum rannsókna- og þróunaráætlun um allt land. Efnilegasta bandalagið er Toyota og Panasonic (Toyota hefur næstum 300 verkfræðinga sem taka þátt í að þróa solid-state rafhlöður). Það sagði að það myndi markaðssetja solid-state rafhlöður innan fimm ára.

Markaðssetningaráætlun fullkominna rafgeyma sem þróuð eru af Toyota og NEDO byrjar á því að þróa alhliða rafhlöður (fyrstu kynslóðar rafhlöður) með því að nota núverandi LIB hress og skaðleg efni. Eftir það mun það nota ný jákvæð og neikvæð efni til að auka orkuþéttleika (næstu kynslóðar rafhlöður). Gert er ráð fyrir að Toyota framleiði frumgerðir af rafknúnum ökutækjum í föstu formi árið 2022, og það mun nota solid-state rafhlöður í sumum gerðum árið 2025. Árið 2030 getur orkuþéttleiki náð 500Wh/kg til að ná fjöldaframleiðslu.

Frá sjónarhóli einkaleyfa, meðal 20 efstu einkaleyfisumsækjenda fyrir litíum rafhlöður í föstu formi, voru japönsk fyrirtæki með 11. Toyota sótti um mest og náði 1,709, 2.2 sinnum hærra en seinni Panasonic. Topp 10 fyrirtækin eru öll japönsk og suður-kóresk, þar af 8 í Japan og 2 í Suður-Kóreu.

Frá sjónarhóli einkaleyfishafa á heimsvísu eru Japan, Bandaríkin, Kína, Suður-Kórea og Evrópa lykillöndin eða svæðin. Auk staðbundinna umsókna er Toyota með mesta fjölda umsókna í Bandaríkjunum og Kína, sem er 14.7% og 12.9% af heildar einkaleyfisumsóknum, í sömu röð.

Iðnvæðing rafgeyma í föstu formi í mínu landi er einnig í stöðugri könnun. Samkvæmt tæknilegri leiðaráætlun Kína, árið 2020, mun það smám saman átta sig á solid raflausn, nýmyndun bakskautsefnis með mikilli sérorku og þrívíddar ramma uppbyggingu litíumblendi byggingartækni. Það mun þekkja 300Wh/kg lítill afkastagetu stakrar rafhlöðusýnisframleiðslu. Árið 2025 mun eftirlitstækni rafhlöðuviðmóts í föstu formi gera sér grein fyrir 400Wh/kg stórri rafhlöðusýni og hóptækni. Gert er ráð fyrir að hægt sé að fjöldaframleiða og kynna rafhlöður í föstu formi og litíum-brennisteinsrafhlöður árið 2030.

Næstu kynslóðar rafhlöður í IPO fjáröflunarverkefni CATL innihalda solid-state rafhlöður. Samkvæmt fréttum NE Times gerir CATL ráð fyrir fjöldaframleiðslu á rafhlöðum í föstu formi fyrir að minnsta kosti árið 2025.

Á heildina litið er fjölliðakerfistæknin sú þroskaðasta og fyrsta EV-stigið er fædd. Hugmyndafræðilegt og framsýnt eðli þess hefur hraðað fjárfestingu í rannsóknum og þróun seinliða, en efri mörk frammistöðu takmarkar vöxt og blanda með ólífrænum föstum raflausnum verður möguleg lausn í framtíðinni; oxun; Í efniskerfinu er þróun þunnfilmutegunda lögð áhersla á stækkun afkastagetu og stórframleiðslu, og heildarframmistaða annarra gerða sem ekki eru kvikmynda er betri, sem er í brennidepli núverandi rannsókna og þróunar; súlfíðkerfi er efnilegasta rafhlöðukerfið í föstu formi á sviði rafknúinna farartækja, en í skautuðum aðstæðum með gríðarlegu svigrúmi fyrir vöxt og óþroskaða tækni, er lausn öryggisvandamála og viðmótsvandamála í brennidepli framtíðarinnar.

Áskoranirnar sem solid-state rafhlöður standa frammi fyrir eru aðallega:

• Að draga úr kostnaði.
• Að bæta öryggi fastra raflausna.
• Viðhalda sambandi milli rafskauta og raflausna meðan á hleðslu og afhleðslu stendur.

Litíum-brennisteins rafhlöður, litíum-loft og önnur kerfi þurfa að skipta um allan ramma rafhlöðubyggingarinnar og það eru fleiri og mikilvægari vandamál. Jákvæðu og neikvæðu rafskautin í solid-state rafhlöðum geta haldið áfram að nota núverandi kerfi og erfiðleikar við að átta sig á því er tiltölulega lítill. Sem næstu kynslóð rafhlöðutækni, hafa solid-state rafhlöður hærra öryggi og orkuþéttleika og verða eina leiðin á tímum eftir litíum.